Диссертация (1024691), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Электронные блоки десятиканальной МКГ-системыЭлектронные блоки E-110-L всех каналов МКГ-системы были интегрированы вединуюСКВИД-станцию(рисунок4.13),содержавшуюобщиесхемыформирования команд управления режимами работы блоков и настройкойрабочих параметров СКВИДов.164Рисунок 4.12 – фотография измерительных зондов градиентометрических каналови зонд референтного магнитометра 10-канальной МКГ-системыРисунок 4.13 – Фотография блоков СКВИД-электроники десятиканальнойМКГ-системы, интегрированных в единую станцию165Блок управления схемотехнически был существенно упрощен по сравнению сего аналогом в одноканальной системе – по каждому каналу в нем былиоставлены только входные и выходные усилители с коэффициентами усиления,равными 10, фильтр высоких частот первого порядка с частотой среза 0,05 Гц, ифильтр низких частот второго порядка с двумя значениями частоты среза – 250 Гци 1000 Гц, которые можно было устанавливать по выбору оператора.Сдругойстороны,былосущественнорасширеноиспользованиефункциональных возможностей платы MIO-16X, на которую было перенесеноосуществление не только функции сбора и оцифровки данных измерений, но ифункций управления работой электроники МКГ-системы, включая настройкупараметров СКВИДов, переключение фильтров и усилителей блока управления, ирежимов настройки и работы магнитометрических каналов.
Цифровые кодыуправления системой формировались программным образом и транслировались вэлектронные блоки с цифровых и цифро-аналоговых выходов платы. Кроме того,плата имела свои внутренние усилители входного аналогового сигнала снесколькими значениями коэффициентов усиления, и эти усилители былизадействованы в ходе работы системы.Перед практическим использованием МКГ-системы проводилась процедураэлектронной балансировки градиентометров в однородном магнитном поле.Процедура электронной балансировки градиентометров была основана наиспользовании так называемой системы электронного подавления помех сприменением дополнительного референтного XYZ-магнитометра.
Как и приработе с одноканальной системой, для проведения процедуры балансировкикриостат с измерительными зондами и XYZ-магнитометром устанавливался вкатушки Гельмгольца, так чтобы градиентометры находились в области смаксимально однородным полем и их оси совпадали с направлением оси Zкатушек. С выхода генератора звуковой частоты через усилитель мощности вкатушки подавался гармонический сигнал на частоте 2-4 Гц. Этот сигналрегистрировалсямагнитометра,градиентометрическимипослечеговыходныеканаламисигналыиСКВИДамиXYZ-градиентометрическогои166референтных каналов подавались на схему электронного подавления помех. Вэтой схеме сигналы референтных каналов суммировались с сигналами каждого изградиентометрических каналов, причем для каждого канала независимо и сопределенными коэффициентами, и далее эти суммы вычиталась из выходныхсигналовсоответствующихреферентныхсигналовградиентометров.точнорегулировалисьАмплитудыкаждогоснезависимыхпомощьюизмасштабирующих усилителей, управляемых с использованием 12-разрядногоцифрового кода.
При задании однородного магнитного поля по каждому изнаправлений X,Y, или Z амплитуда тестового сигнала частотой 2 Гц на выходекаждого из градиентометрических каналов минимизировалась изменениемкоэффициента масштабирования усилителя референтного сигнала магнитометрасоответствующего направления X, Y, или Z. Такая процедура определениякоэффициентов масштабирования для всех каналов по всем трем направлениямосуществляласьоднократно,далеекоэффициентызаписывалисьвконфигурационный файл и в процессе последующей работы не менялись.Использованиеподобнойпроцедурыэлектронногосмешениясигналовреферентных и градиентометрических каналов, выполненное в катушкахГельмгольца, позволяло улучшить степень балансировки градиентометров пооднородному полю более чем в 10 раз. При этом общий уровень шума на выходеградиентометрических каналов при работе в неэкранированном пространствеснижался более чем на порядок.
Остававшийся избыточный шум был обусловленнебалансом градиентометров поградиенту первого порядка, однако, идостигнутого после балансировки уровня шума на выходе градиентометрическихканаловоказывалосьдостаточно,чтобыобеспечиватьрегистрациюмагнитокардиограмм с высоким отношением «сигнал-шум». Долговременнаяэксплуатация системы в дальнейшем показала, что повторная подстройкакоэффициентов в катушках Гельмгольца не требуется, если система используетсянепрерывно и не отепляется.1674.2.4 Проведение МКГ-обследований с использованием десятиканальнойСКВИД-системыПосле проведения технических испытаний и процедуры балансировки 10канальная система была установлена во Франц-Волард-Клиник для проведенияМКГ-обследований пациентов.
Поскольку стандартная сетка измерений имела(6×6) точек регистрации МКГ в форме квадрата размером (20×20) см, а в 10канальной системе градиентометрические каналы располагались в узлахгексагональной решетки, для такой системы была выбрана специальная схемаизмерений. Она предусматривала шесть положений криостата с измерительнымизондами над грудной клеткой пациента - три положения по вертикали и дваположения по горизонтали. При этом криостат с зондами располагался наспециальной стойке и оставался неподвижным, а пациента перемещали под нимвручную в горизонтальной плоскости на подвижной кушетке.
Фиксация позицийпациентаподкриостатомпроизводиласьспомощьюмеханическихограничителей. Расположение положений «сигнальных» градиентометров в шестипозициях пациента представлено на рисунке 4.14. После завершения регистрацииМКГ в 42 точках, данные проходили процедуры фильтрации и усреднения, идалее уже усредненные данные пересчитывались в стандартную сетку из 36 точекдля дальнейшей обработки и анализа.Во время эксплуатации 10-канальной МКГ-системы клиника получила в своераспоряжение магнитноэкранированную комнату с высокой степенью подавлениявнешних электромагнитных сигналов, в связи с чем появилась возможностьпроверить реальные уровни собственных шумов градиентометрической СКВИДсистемы.
Данные шумовых измерений, полученные в магнитноэкранированнойкомнате,продемонстрировалихорошеесовпадениеэкспериментальнополученных данных со сделанными расчетными оценками – все каналырегистрации МКГ имели уровни собственных шумов, эквивалентные BN ~ 7-8фТл/Гц1/2.168Рисунок 4.14 – Сетка регистрации магнитокардиограмм при использованиисеми градиентометрических каналов. Данные, полученные в 42 точках измерений,затем пересчитывались в стандартную сетку из 36 точекРазработанная10-канальнаяМКГ-системауспешноиспользоваласьвОтделении электро- и магнитофизиологии Франц-Волард-Клиник с 2002 по 2008годы, и с ее помощью была собрана база данных МКГ-обследований более 3000пациентов.
Опыт практического использования данной магнитометрическойСКВИД-системы в реальных клинических условиях стал основой разработкиединой концепции построения магнитокардиографических комплексов как сточки зрения оборудования для регистрации магнитокардиограмм, так ипрограммного обеспечения для их обработки и анализа. Эта концепция была169практическиреализованаприразработкеисозданииновойсериидиагностических комплексов для анализа магнитокардиосигналов «МАГ-СКАН».4.3 Диагностические комплексы анализа магнитокардиосигналов серии«МАГ-СКАН»Наоснованиирезультатов,полученныхприразработкеодно-идесятиканальной МКГ-систем была предложена и практически реализованаконцепция модульного построения магнитометрических систем на основеСКВИДов для биомагнитных применений.
Основной смысл разработаннойконцепции заключался в том, что биомагнитные СКВИД-системы проектируютсяи создаются на базе единой технологической платформы с точки зренияиспользуемыхСКВИД-датчиков,конструкцийкриостатов,измерительныхзондов, основных блоков электроники, программ управления и сбора данныхмагнитных измерений. При этом конструкции приемных трансформаторовмагнитного потока, параметры сетки измерений биомагнитных сигналов,программыобработкиианализаданныхмагнитныхизмеренийгибкомодифицируются под конкретную решаемую задачу (магнитокардиография,магнитоэнцефалография,контрольтранспорталекарствнамагнитныхнаночастицах и др.).Так, на базе разработанной единой платформы были разработаны и созданымногоканальные СКВИД-системы для магнитокардиографических примененийсерии «МАГ-СКАН», которые представляют собой целую линейку программноаппаратных комплексов с числом каналов регистрации магнитокардиосигналов от1 до 36, унифицированные с точки зрения аппаратной части, сетки регистрациимагнитокардиосигналов и программного обеспечения для обработки и анализаМКГ-данных.
В основу построения МКГ-комплексов «МАГ-СКАН» былаположена идея, чтобы каждый из приборов серии приборов с различным числомканалов позволял реализовывать квадратную сетку регистрации МКГ размерами(6×6) точек с шагом 40 мм между ними. Таким образом, получился набор170возможных комбинаций числа каналов регистрации магнитокардиограмм,который позволял это сделать – один, три, четыре, шесть, девять, восемнадцать итридцать шесть каналов.
Для практического воплощения данной идеи в качествебазового был разработан и создан 12-канальный магнитометрический модуль,включавший 9 каналов регистрации МКГ и референтный XYZ-магнитометр. Наего основе был реализован МКГ-комплекс «МАГ-СКАН-09» (рисунок 4.15),имевший девять каналов регистрации МКГ в сетке из (3×3) точек. С помощьютакого комплекса регистрация полной карты магнитного поля сердца пациента,состоящей из 36 точек квадратной решетки, осуществлялась последовательнымперемещениемпациентанаподвижнойкушеткевчетыреположенияотносительно криостата с измерительным зондом, и занимала не более 5 минут.4.3.1 Криостаты МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН»Для МКГ-комплексов с числом каналов регистрации МКГ до девятивключительнобылиразработаныулучшенныекриостатыдвухтипов-«шахтного» типа и криостаты с внешним «хвостовиком». При их изготовлениииспользовались стеклопластиковые трубы, намотанные из стеклотканого полотнапо технологии, представленной в Главе 2.
Особенностью этих труб являлосьснижение газопроницаемости по гелию примерно в 5 раз по сравнению с трубами,намотанными из стеклоленты, что существенно увеличило период повторнойоткачки вакуумной полости криостатов.На базе результатов работы с МКГ-системами в немецкой клинике былсформулирован ряд требований к криостатам, которые было необходимореализовать для улучшения физических и эксплуатационных характеристикмагнитометрических систем:- криостат должен иметь минимально возможный уровень собственных шумовпо сравнению с собственными шумами градиентометрических каналов, чтобы невносить дополнительных помех в выходные сигналы магнитометрическойсистемы;171Рисунок 4.15 – Фотография двенадцатиканального диагностического МКГ–комплекса «МАГ-СКАН-09» с девятью каналами регистрации МКГ иреферентным XYZ-магнитометром172- криостат должен обеспечивать по возможности минимальную скоростьиспарения жидкого гелия, чтобы производить процедуру заправки жидким гелиемне чаще, чем раз в неделю;- криостат должен иметь небольшой вес и геометрические размеры дляудобства его крепления и перемещения над обследуемым пациентом;Фото и характеристики двух различных конструкций стеклопластиковыхкриостатов для МКГ-систем представлены на рисунках 2.7, 2.9 в Главе 2.Как показали результаты исследования собственных характеристик криостатов,модель LH-11,3-B «шахтного» типа обладала наименьшей скоростью испаренияжидкого гелия (при диаметре горловины, равной 150 мм, и вставленномизмерительном зонде расход гелия составлял менее 1,35 литров в сутки) и низкимуровнем собственных шумов (порядка 1 фТл/Гц1/2), что является рекордным длякриостатов такого типа.
Время полного испарения гелия из данного криостата совставленным в него измерительным зондом составило 8 суток, что обеспечиваловозможность непрерывно проводить МКГ-обследования с понедельника попятницу и заливать криостат жидким гелием раз в неделю.Также криостат был укомплектован дополнительным фланцем с пробкой(которая вставлялась в горловину криостата и ограничивала таким образомтеплоприток сверху) для крепления измерительного зонда (зондов). На этом жефланце находился патрубок для отвода газообразного гелия.4.3.2 Измерительные зонды МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН»Для МКГ-комплексов серии «МАГ-СКАН» было разработано два типаизмерительных зондов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
